高中物理：4.1《光的折射定律》素材 粤教版选修3-4.doc

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1、光学的进步和发展光与人类的生产、生活联系十分紧密，光能引起人们的视觉，又是一种常见的自然现象，所以光学的起源可以追溯到二、三千年以前。在中国古代的《墨经》、西方欧几里得的《反射光学》、阿拉伯学者写的《光学全书》中都有过对光学现象的介绍。但光学真正成为一种学说应该是从十七世纪几何光学的初步发展开始。几何光学的最初发展就是源于天文学和解剖学的需要。因为光学仪器在天文学和解剖学的研究中有着重要作用，在人们不断研究、制造光学仪器的过程中，几何光学形成了。几何光学的基础是光的反射定律和光的折射定律。十七世纪初，德国天文学家开普勒由于革新天文望远镜的实际需要开始了对几何光学的研究。160

2、4年他发表了一篇论文，对光的反射现象、光的折射现象及视觉现象作了初步的理论解释。1611年，他又出版了一部光学著作，其中记载了他的两个重要试验：比较入射角和出射角的实验，圆柱玻璃试验。在书中，他对几何光学作了进一步的理论探讨，并提出了焦点、光轴等几何光学概念，发现了全反射。继开普勒之后，荷兰物理学家和数学家斯涅尔对几何光学做出了系统的、数学的分析。斯涅尔通过实验与几何分析，最初发现了光的反射定律。另外，当他对光的反射现象进行系统的试验观测和几何分析以后，他又提出了光的折射定律。但斯涅尔在世时并没有发表这一成果。1626年，他的遗稿被惠更斯读到后才正式发表。不久后笛卡儿也推出了

3、相同的结论，但他是把光的传播想象成球的传播，是用力学规律来解释的，不是十分严密。1661年，费马把数学家赫里贡提出的数学方法用于折射问题，推出了折射定律，得到了正确的结论。折射定律的确立，促进了几何光学的迅速发展。　在早期光学的研究中，色散是另一个古老的课题，因为彩虹现象已经吸引人类多年。在笛卡儿的《方法论》中，提到了作者早期的色散试验，但他没有观察到全部的色散现象。1648年布拉格的马尔西成功的完成了光的色散试验，但他做出了错误的解释。牛顿在笛卡儿等人的著作中得到了启示，用三个棱镜重新作了光的色散试验，并在此试验的基础上，对光的颜色总结出了几条规律，结论全面，论据充分。十七

4、世纪，几何光学初步形成便得到了蓬勃的发展。随着几何光学的发展，物理光学也随之逐渐发展起来。在人们对物理光学的研究过程中，光的本性问题是研究的焦点。波动说与微粒说的争论几乎贯穿近代物理光学研究的始终。波粒之争从十七世纪初笛卡儿提出两点假说开始、至二十世纪初以波粒二象用心爱心专心性告终，共经历了三百多年的时间。物理学巨星牛顿，荷兰著名天文学家、物理学家和数学家惠更斯，英国物理学家胡克，英国著名物理学家托马斯．杨等多位著名的科学家参与其中。双方争论得十分激烈，理论发展十分迅速。简单的概括一下波粒之争的过程。波动说一方，格里马第是光的波动说的提出者,波义耳和胡克是他的支持者；惠更斯继

5、承并完善了胡克的观点。到十九世纪初，以惠特曼为代表的认为光波是一种横向波的学说发展成为了以杨氏和菲涅耳为代表的认为光波是一种纵向波的学说。微粒说一方，牛顿最初在他的论文文里用微粒说阐述了光的颜色理论，后来提出了完整的微粒说理论，并得到牛顿派二百多年的支持。经过三个多世纪的研究，科学家们才得出了光具有波粒二象形的结论。这一结论的得出经历了一个漫长而曲折的过程。与此同时，光学的其它发展既是他们研究的产物、又成为了双方的论据。1809年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。1811年，布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。1887年，赫兹发现了光电效应。二十世纪初

6、，普朗克和爱因斯坦提出了光的量子说。另外在光的波粒之争中，光速的测定曾给他们提供重要的依据。1607年，伽利略进行了最早的测量光速的实验。1676年，丹麦天文学家罗麦第一次提出了有效的光速测量方法。1725年，英国天文学家布莱德雷发现了恒星的"光行差"现象，他用地球公转的速度与光速的比例估算出了太阳光到达地球需要8分13秒。这个数值较罗麦法测定的要精确一些。1849年，法国人菲索第一次在地面上设计实验装置来测定光速。1850年，法国物理学家傅科改进了菲索的方法，1928年，卡娄拉斯和米太斯塔德首先提出利用克尔盒法来测定光速。1972年，埃文森测得了目前真空中光速的最佳数值：2

7、99792457.4±0.1米/秒。除在波粒之争中的作用之外，光速的测定本身在光学的研究历程中也有着重要的意义。牛顿的色散试验揭开了光谱研究的序幕，但当时牛顿并没有观察到光谱线。在以后的一百多年里，这方面的科学研究并没有取得太大的进展。直到1803年，托马斯．杨进行光的干涉试验，第一次提供了测定波长的方法。其后，德国物理学家弗琅和费对太阳光谱作了认真的检验，并向慕尼黑科学院展示了他自己绘编的太阳光谱图，另外他还发明了衍射光栅。此后，人们逐渐对光谱的性质重视起来。1859年，基尔霍夫对光谱进行了深入的研究